浙江大学ACS Nano：植物外泌体“双靶向”递送，协同诱导铁死亡/凋亡并重塑免疫微环境，攻克三阴性乳腺癌

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背景介绍

三阴性乳腺癌（TNBC）是最具侵袭性和治疗抵抗性的乳腺癌亚型，因缺乏雌激素受体、孕激素受体和HER2靶点，传统靶向治疗和内分泌治疗均无效，患者预后极差。铁死亡作为一种铁依赖的脂质过氧化驱动的调节性细胞死亡方式，为TNBC治疗提供了新策略。然而，铁死亡诱导剂（如索拉非尼）存在生物利用度低、肿瘤特异性不足、难以有效靶向线粒体（铁死亡的核心细胞器）等临床转化障碍。同时，miRNA疗法虽能调控肿瘤细胞存活、铁死亡敏感性和免疫应答，但易降解、递送效率低。因此，亟需一种能够同时递送化疗药物和miRNA、实现亚细胞精准定位的多功能平台。

研究思路

针对上述挑战，浙江大学彭丽华教授团队从传统药用植物金线莲（Anoctochilus roxburghii） 中分离提取外泌体样纳米囊泡（AExo），并以其为载体构建了“双靶向”纳米平台Sor@AKAExo。该平台通过AS1411适配体（靶向TNBC细胞表面高表达的核仁素）实现肿瘤细胞主动识别，通过KLA肽（阳离子肽，靶向负电荷线粒体膜）实现线粒体定位，从而将铁死亡诱导剂索拉非尼和AExo内源性miRNAs时空协同递送至线粒体。机制上，索拉非尼抑制GPX4、诱导脂质过氧化和线粒体功能障碍；AExo内源性miRNAs通过抑制MAPK通路、上调IL-17和胆固醇代谢通路，进一步增强铁死亡和凋亡的敏感性。双死亡途径协同破坏氧化还原稳态，克服代谢抵抗，并重塑免疫抑制性肿瘤微环境（促进CD8⁺ T细胞浸润、DC成熟、M1型巨噬细胞极化）。在4T1荷瘤小鼠模型中，Sor@AKAExo显著抑制肿瘤生长和转移，且具有良好的生物安全性。相关内容以“A Bioinspired Exosomal Nanoplatform for Coordinated Sorafenib and MicroRNA Delivery to Sensitize Ferroptosis and Induce Immunoactivation in Triple-Negative Breast Cancer”为题，发表在《ACS Nano》！

图片解析

图1. AExo的合成、鉴定与组成：(a) AExo示意图。(b) AExo脂质组成：富含甘油三酯（TG ~36.8%）、神经酰胺（Cer ~17.1%）、二酰甘油（DG ~11.2%）等。(c) 核酸组成多样性。(d) 鉴定出67种已知miRNA和16种新型miRNA，热图显示不同批次间稳定表达。

图2. AExo的高效细胞摄取与多模态抗TNBC活性：(a) DiO标记AExo被4T1细胞时间依赖性摄取，24 h摄取率89.9%。(b) AExo在低-中浓度（500-1000 μg/mL）无明显细胞毒性，高浓度（≥1500 μg/mL）才抑制增殖。(c) AExo诱导一定程度的凋亡。(d) AExo处理6 h后细胞内ROS水平升高。(e-f) AExo显著抑制4T1细胞迁移和侵袭。(g) AExo抗肿瘤潜力示意图。

图3. AExo通过miRNA递送在4T1细胞中实现转录干扰：(a1-a2) AExo与4T1细胞共有的miRNAs及靶基因预测。(b) AExo调控的mRNA变化热图。(c) KEGG前20富集通路。(d) GSEA前30富集。(e1-g2) Western blot及定量显示AExo抑制MAPK通路（p-ERK、p-p38、p-JNK）、上调IL-17通路（IL-17A、IL-6、COX-2）和胆固醇代谢通路（CCDC25、SREBP-2、SOAT2）。(h) 机制示意图。

图4. Sor@AKAExo的构建与肿瘤-线粒体双靶向：(a) Sor@AKAExo结构示意图。(b-c) AS1411和KLA接枝比例及孵育时间筛选。(d) TEM图像，AExo呈典型杯状，Sor@AExo和Sor@AKAExo保持完整形态。(e) 粒径分布：AExo ~154 nm，Sor@AExo ~184 nm，Sor@AKAExo ~209 nm。(f1-f2) CLSM和定量显示Sor@AKAExo细胞摄取效率最高（96.5%）。(g1-g2) 线粒体共定位分析，Sor@AKAExo的Mander's重叠系数最高，证明有效靶向线粒体。

图5. Sor@AKAExo体外强效抗TNBC：(a) 细胞活力：Sor@AKAExo抑制作用最强。(b) ROS水平：Sor@AKAExo使ROS升高4.9倍。(c) 凋亡率：Sor@AKAExo诱导凋亡比例最高。(d-d₂) Transwell侵袭实验：Sor@AKAExo几乎完全抑制细胞侵袭。(e-e₂) 划痕愈合实验：Sor@AKAExo在24 h仍保持伤口未闭合。

图6. Sor@AKAExo诱导线粒体破坏和铁死亡：(a) JC-1染色：Sor@AKAExo显著降低线粒体膜电位（绿/红比升高）。(b) CLSM显示Sor@AKAExo处理细胞Fe²⁺（橙色）和脂质过氧化物（绿色）荧光最强。(c-f) 生化指标：Sor@AKAEx组GSH、ATP、乳酸含量最低，MDA含量最高。(g) 铁死亡和线粒体破坏机制示意图。

图7. Sor@AKAExo抑制原位肿瘤生长、转移和血管生成：(a) 体内治疗时间线。(b) 小鼠体重无显著变化。(c) 肿瘤体积：Sor@AKAExo组肿瘤最小，甚至优于Dox组。(d) H&E、VEGF、CD31染色：Sor@AKAExo组肿瘤坏死最明显、VEGF和CD31表达最低。(e) TUNEL和Ki67染色：Sor@AKAExo组凋亡最多、增殖最少。(f-g) VEGF和CD31定量。(h-i) TUNEL和Ki67定量。(j₁-k₂) Western blot显示Sor@AKAExo上调cleaved caspase-3/9，下调MMP2/9。

图8. Sor@AKAExo体内抗肿瘤的分子机制：(a₁-a₂) 铁死亡相关蛋白：Sor@AKAExo下调XCT和GPX4。(b₁-b₂) MAPK通路：Sor@AKAExo抑制p-ERK、p-p38、p-JNK。(c₁-c₂) IL-17通路：Sor@AKAExo上调IL-17A、IL-6、COX-2、NF-κB p65。(d₁-d₂) 胆固醇代谢通路：上调CCDC25、SREBP-2、SOAT2。(e-h) 肿瘤组织MDA↑、GSH↓、ATP↓、乳酸↓。(i-l) 血清炎症因子：IL-1β、IL-6、TNF-α↓，IL-10↑。(m) 体内分子干扰机制示意图。

图9. AKAExo的体内肿瘤靶向与生物分布：(a) 近红外荧光成像：AKAExo在肿瘤区域蓄积最强且持续至24 h。(b-c) 离体成像和定量：AKAExo在肿瘤中荧光强度最高，显著优于游离染料和AExo。

图10. Sor@AKAExo重塑肿瘤内免疫微环境：(a-e) 流式细胞术：Sor@AKAExo显著增加肿瘤内CD8⁺ T细胞比例、效应T细胞（IFN-γ⁺）比例，降低Treg（Foxp3⁺）比例，Teff/Treg比值升高。(f,h) 巨噬细胞极化：M1（CD80⁺）比例升高，M2（CD163⁺）降低，M1/M2比值升高。(g,i) DC成熟：CD80⁺CD86⁺成熟DC比例显著增加。

图11. Sor@AKAExo的体内生物安全性评价：(a) 主要器官H&E染色未见明显病变。(b₁-b₇) 血常规指标正常。(c₁-c₅) 血生化指标（ALT、AST、ALP、CREA、UREA）正常。

结论

本研究开发了一种仿生植物外泌体纳米平台Sor@AKAExo，首次将AS1411适配体（肿瘤细胞靶向）和KLA肽（线粒体靶向）共同修饰于金线莲来源的外泌体上，实现索拉非尼与内源性miRNAs的时空协同递送。该平台通过“双死亡通路”协同作用：索拉非尼抑制GPX4、诱导脂质过氧化和线粒体功能障碍；AExo miRNAs抑制MAPK通路、上调IL-17和胆固醇代谢通路，共同增敏铁死亡并激活凋亡。此外，Sor@AKAExo重塑肿瘤免疫微环境（CD8⁺ T细胞↑、Treg↓、DC成熟↑、M1/M2↑），将“冷”肿瘤转化为免疫应答的“热”肿瘤。体内实验证实其强效抑制TNBC生长和转移，且具有优异的生物安全性。该工作为TNBC提供了一种集双靶向递送、铁死亡-凋亡协同、免疫微环境重塑于一体的多功能治疗策略。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.6c02310